本發(fā)明涉及軸承技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種氣體軸承及其制造方法。

背景技術(shù)：

箔片徑向動壓氣體軸承是一種自適應(yīng)柔性支承氣體動壓軸承。該軸承中頂層平箔與底層波箔都通過端面梁連接到軸承座結(jié)構(gòu)上，并通過自身的張力保持接觸狀態(tài)。與普通轉(zhuǎn)子軸承相比，它具有無需油潤滑，無污染，摩擦阻力小，高轉(zhuǎn)速，能運(yùn)行在極端變化的溫度下等優(yōu)點(diǎn)。與傳統(tǒng)剛性氣體軸承相比，其穩(wěn)定性和自適應(yīng)性得到了極大的提高。同時(shí)與傳統(tǒng)氣體軸承相比，它的箔片結(jié)構(gòu)的存在增強(qiáng)了氣體軸承的承載能力，減輕了軸承的剛性磨損，并且消除了氣體軸承的安裝誤差，便于軸承的安裝。箔片徑向動壓氣體軸承在空氣壓縮機(jī)，室內(nèi)空氣循環(huán)系統(tǒng)，飛機(jī)空氣循環(huán)系統(tǒng)，燃?xì)廨啓C(jī)，渦輪增壓器等機(jī)械領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。但是，現(xiàn)有的箔片徑向動壓氣體軸承因其結(jié)構(gòu)的限制，限制了其承載力及穩(wěn)定性。

在箔片動壓氣體軸承中，彈性支承的箔片是主要的承載部件，且是一種柔性支承結(jié)構(gòu)，具有一定的剛度和阻尼，使氣體軸承具有一定的承載能力和吸收轉(zhuǎn)子軸承系統(tǒng)振動的能力。但是，箔片氣體軸承由于交叉剛度和阻尼的存在，使得轉(zhuǎn)子軸承系統(tǒng)穩(wěn)定性降低。負(fù)泊松比結(jié)構(gòu)是通過冷沖壓工藝壓制成特定形狀的材料結(jié)構(gòu)。通過liga工藝，即通過基于x射線光刻技術(shù)的高精密加工技術(shù)，將負(fù)泊松比結(jié)構(gòu)材料加工制作成的支承箔片，在受到轉(zhuǎn)子振動影響時(shí)，能夠通過軸向和周向同步變形消耗振動產(chǎn)生的能量，增加阻尼效果。同時(shí)，頂層箔片增加人字槽結(jié)構(gòu)，規(guī)律了氣流的流動，提高了轉(zhuǎn)子軸承系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服當(dāng)前上述技術(shù)的不足，而提供了一種氣體軸承及其制造方法，該發(fā)明提高軸承支承結(jié)構(gòu)的阻尼和剛度，減小運(yùn)行過程中出現(xiàn)的振動沖擊，提高軸承的總體承載力和運(yùn)行穩(wěn)定性。

為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種氣體軸承，包括軸承本體，所述軸承體內(nèi)表面設(shè)置有彈性支撐機(jī)構(gòu)，所述彈性支撐機(jī)構(gòu)一端通過設(shè)置在所述軸承體端口上的固定槽與所述軸承本體連接；其另一端自由放置；所述彈性支撐機(jī)構(gòu)由具有負(fù)泊松比結(jié)構(gòu)的第一箔片和帶人字槽的第二箔片構(gòu)成。

進(jìn)一步，所述軸承體內(nèi)表面通過第一箔片與所述第二箔片連接；所述第一箔片內(nèi)外表面均設(shè)置有由橫縱波線相交形成網(wǎng)格的負(fù)泊松比結(jié)構(gòu)，所述波線是以正弦曲線為骨線加工而成。

進(jìn)一步，所述第二箔片的人字槽是經(jīng)壓力機(jī)壓制成型后在第二箔片內(nèi)表面形成圓柱結(jié)構(gòu)，其一端留有矩形條狀區(qū)域。

進(jìn)一步，所述人字槽的深度為4.5微米～5.5微米，螺旋角為40～50，槽數(shù)為10～15條。

一種氣體軸承制造方法，包括如下步驟：

步驟1，通過liga工藝制成負(fù)泊松比結(jié)構(gòu)的第一箔片，所述負(fù)箔松比結(jié)構(gòu)以正弦曲線為骨線形成橫縱波線相交網(wǎng)格；并通過改變所述負(fù)泊松比結(jié)構(gòu)的壁厚和正弦曲線的弦高尺寸獲得不同的剛度和阻尼特性的第一箔片；

步驟2，通過liga工藝在第二箔片上刻制人字槽結(jié)構(gòu)，并經(jīng)壓力機(jī)對人字槽內(nèi)表面壓制成有圓柱形狀；壓制成形的第二箔片的另一端留有矩形條狀區(qū)域；最后通過熱處理消除第二箔片中人字槽內(nèi)局部應(yīng)力；

步驟3,將步驟1中所述第一箔片放入軸承體內(nèi)表面，同時(shí)再將步驟2中所述第二箔片放置在第一箔片內(nèi)表面，所述第一箔片和所述第二箔片的兩端分別與軸承體端面平齊，兩者的周向一端部預(yù)留的矩形條狀箔片通過軸承體所開的固定槽裝配起來，并點(diǎn)焊成為整體結(jié)構(gòu)，另一端自由放置。

進(jìn)一步，所述第一箔片和所述第二箔片均為鎳基高溫合金或復(fù)合尼龍材料。

有益效果

1、本發(fā)明提出的徑向氣體軸承結(jié)構(gòu)，通過引入由負(fù)泊松比結(jié)構(gòu)支承箔片，提高了箔片徑向氣體軸承的承載能力，同時(shí)，利用負(fù)泊松比結(jié)構(gòu)作為彈性支承來提高軸承的阻尼。

2、本發(fā)明中第一箔片采用自身帶有波紋狀形式的負(fù)泊松比結(jié)構(gòu)，增加了軸承的阻尼作用。

3、本發(fā)明在運(yùn)動過程中第二箔片和負(fù)泊松比結(jié)構(gòu)第一箔片受到來自轉(zhuǎn)子的載荷而產(chǎn)生變形，二者共同為軸承提供一定的剛度。由于第一箔片具有一定支承空間，所以具有較大的剛度，而第二箔片具有一定的人字槽結(jié)構(gòu)，相對剛度較小，在轉(zhuǎn)子運(yùn)行過程中負(fù)泊松比結(jié)構(gòu)通過自身結(jié)構(gòu)的變形調(diào)節(jié)剛度，同時(shí)人字槽規(guī)律了氣體的流動狀態(tài)，使得軸承氣膜壓力得以均勻化，從而改變了彈性支承結(jié)構(gòu)的整體剛度。

4、本發(fā)明通過第一箔片徑向動壓氣體軸承具有承載力高，高剛度，高阻尼的特性，同時(shí)又加入了人字槽結(jié)構(gòu)第二箔片，從而提高了箔片軸承的穩(wěn)定性，市場前景樂觀。

附圖說明

圖1為本發(fā)明整體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明軸承座結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明中第一箔片結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本發(fā)明中第二箔片結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為本發(fā)明軸承組裝局部示意圖；

圖6為本發(fā)明第一箔片和第二箔片組裝示意圖；

圖7為本發(fā)明第一箔片局部結(jié)構(gòu)示意圖；

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作出詳細(xì)說明。

如圖1，圖2所示，本發(fā)明提供一種氣體軸承，包括：軸承體1、所述軸承體1內(nèi)表面設(shè)置有彈性支撐機(jī)構(gòu)2，所述彈性支撐機(jī)構(gòu)2一端通過設(shè)置在所述軸承體端口上的固定槽11與所述軸承本體1連接；其另一端2自由放置；所述彈性支撐機(jī)構(gòu)2由具有負(fù)泊松比結(jié)構(gòu)的第一箔片21和帶人字槽的第二箔片構(gòu)成22。負(fù)泊松比結(jié)構(gòu)支承箔片21，即第一箔片，頂層人字槽箔片22，即第二箔片；所述彈性支承箔片21采用負(fù)泊松比結(jié)構(gòu)加工而成，所述頂層箔片22上面開有人字槽，所述負(fù)泊松比結(jié)構(gòu)支承箔片21設(shè)置于軸承體1的內(nèi)表面上，所述頂層人字槽箔片22覆蓋在負(fù)泊松比結(jié)構(gòu)支承的箔片21上，所述負(fù)泊松比結(jié)構(gòu)支承的箔片結(jié)構(gòu)和頂層人字槽箔片一起構(gòu)成了軸承的彈性支撐機(jī)構(gòu)2。所述第一箔片21和所述第二箔片22均為鎳基高溫合金(inconelx-750)或復(fù)合尼龍材料(pa6t)。

如圖3所示，負(fù)泊松比結(jié)構(gòu)支承箔片21采用高精密加工工藝liga制造而成，其采用一體式結(jié)構(gòu)，內(nèi)外兩個(gè)接觸面采用了波狀結(jié)構(gòu)，使得接觸的磨損以及軸承的裝配誤差得以消除。如圖4所示，在頂層箔片22結(jié)構(gòu)上刻制人字槽結(jié)構(gòu)，規(guī)律了氣體的流動狀態(tài)，提高了穩(wěn)定性。如圖5所示，彈性支撐結(jié)構(gòu)2的剛度決定于箔片的厚度和接觸面的接觸面積，波狀結(jié)構(gòu)在受到擠壓時(shí)會通過改變接觸面積改變結(jié)構(gòu)的剛度和阻尼。

如圖3所示，通過高精密加工工藝liga制造而成負(fù)泊松比箔片21，其橫截面如圖7所示，基本結(jié)構(gòu)以正弦曲線為骨線制作成一定厚度的負(fù)箔松比結(jié)構(gòu)。通過改變負(fù)泊松比結(jié)構(gòu)的壁厚和正弦曲線的弦高尺寸，可以得到不同的剛度和阻尼特性。如圖4所示，位于頂部的頂層箔片22結(jié)構(gòu)由金屬箔片通過激光切割技術(shù)進(jìn)行精確切割，在頂面通過liga工藝刻制人字槽結(jié)構(gòu)，并經(jīng)壓力機(jī)壓制成型，形成人字槽在內(nèi)表面的圓柱結(jié)構(gòu)，壓制成形后其一端留有矩形條狀區(qū)域。壓制成型的頂層人字槽箔片22再經(jīng)成形熱處理消除內(nèi)局部應(yīng)力后成為的柱形，準(zhǔn)備進(jìn)行裝配。頂層人字槽箔片22的形狀參數(shù)主要由箔片厚度，人字槽螺旋角，槽深，槽數(shù)，槽寬比等參數(shù)決定，通過調(diào)節(jié)這些參數(shù)可得到不同剛度和阻尼的彈性箔片22。將制作完成的負(fù)泊松比結(jié)構(gòu)支承箔片21以及成形的頂層人字槽箔片22裝配在軸承體1上。所述人字槽的深度為4.5微米～5.5微米，螺旋角為40～50，槽數(shù)為10～15條。本發(fā)明中人字槽的深度為5微米，與氣膜厚度一致；螺旋角為45，其槽數(shù)為12條、

負(fù)泊松比結(jié)構(gòu)支承箔片和頂層人字槽箔片彈性箔片放入軸承體1，兩端與軸承體端面平齊，兩者的周向端部預(yù)留的矩形條狀箔片通過軸承體所開的固定槽11裝配起來，并點(diǎn)焊成為整體結(jié)構(gòu)，另一端自由放置。負(fù)泊松比結(jié)構(gòu)支承箔片21和頂層人字槽箔片22組成了彈性支承機(jī)構(gòu)2，該支承結(jié)構(gòu)2為軸承1提供了主要的剛度和阻尼。由于人字槽的存在，使得軸承氣膜壓力得以規(guī)律化。頂層人字槽箔片22覆蓋在負(fù)泊松比結(jié)構(gòu)支承箔片21支承結(jié)構(gòu)上以形成連續(xù)的承載區(qū)域如圖6所示。

除了以上提出的實(shí)例，負(fù)泊松比結(jié)構(gòu)支承箔片可以有其它不同的形式，軸承負(fù)泊松比結(jié)構(gòu)支承箔片2和頂層人字槽箔片3可以有不同的安裝和固定方式，負(fù)泊松比結(jié)構(gòu)支承箔片2和頂層人字槽箔片3的形狀可以根據(jù)不同具體情況進(jìn)行設(shè)計(jì)。以上所舉實(shí)例僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)例，但凡依本發(fā)明權(quán)利要求及本發(fā)明說明書內(nèi)容所作的簡單的等效變化與修飾，皆應(yīng)屬本發(fā)明專利覆蓋的范圍。